CC BY
15УДК 62-664.2
ПЕЛЛЕТЫ - ДРЕВЕСНОЕ ГРАНУЛИРОВАННОЕ ТОПЛИВО. КАК СНИЗИТЬ СТОИМОСТЬ?
В. Н. Диденко, Д. А. Плотников
Ижевский государственный технический университет ул. Студенческая, 7, г. Ижевск, Удмуртия, 426000, Россия Тел./факс.: (3412) 58-72-16; e-mail: ttech@istu.ru
Сведения об авторе: декан теплотехнического факультета Ижевского государственного технического университета, председатель Ученого совета факультета и член Ученого совета ИжГТУ, доктор техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки Удмуртии, заслуженный работник Высшей школы РФ, чл.-корр. РАРАН.
Образование: с отличием ИМИ (Ижевский механический институт) (1973 г.) по специальности «Производство летательных аппаратов».
Профессиональный опыт: работал в научно-исследовательской лаборатории ИМИ, где проявил себя как талантливый экспериментатор. В дальнейшем работал на кафедрах «Динамика машин» и «Проектирование автоматических машин». В 1978 г. успешно защитил кандидатскую диссертацию, а в 1994 г. — докторскую. На педагогической работе с 1975 г.
Область научных интересов: механика жидкости и газа, строительная теплофизика, конверсионные технологии. Публикации: более 120 работ и 7 изобретений, 23 методических разработки.
Диденко Валерий Николаевич
Сведения об авторе: аспирант Ижевского государственного технического университета.
Образование: с отличием ИжГТУ по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция», специализация «Тепло генерирующие установки» (2002 г.).
Профессиональный опыт: проектировщик по системам ТГВ.
Тема диссертационной работы: «Мобильный комплекс по производству древесного гранулированного топлива с энергообеспечением от перерабатываемого сырья». С результатами исследований участвовал во Всероссийском конкурсе инновационных проектов по направлению «Энергетика и энергосбережение» 2007 г. Ведет практические занятия по ряду дисциплин специальностей «Теплогазоснабжение и вентиляция» и «Промышленная теплоэнергетика», руководит курсовым и дипломным проектированием.
Публикации: 2 работы.
Плотников Дмитрий Анатольевич
In the article the brief analysis of use of low- quality timber and felling residue is indicated as biological fuel. Transport and technological problems are described at application of waste products of timber cutting for the power purposes. Requests to a small technological complex on preparation of the fuel, capable to remove a part of these problems are formulated. The description of the basic decisions used in a mobile complex on production woody pellets is given. The conclusion about prospect of use of a similar complex is given.
Постановка проблемы
Использование низкокачественной древесины и отходов лесозаготовки — порубочных остатков, тонкомера, пней, веток — является важной задачей лесохозяйственного производства.
По различным оценкам, объемы отходов лесной промышленности в России составляют от 40 до 60 % от объема заготавливаемой древесины. В то же время, в других странах — крупнейших экспортерах леса (Канада, США, Финляндия, Швеция, Польша) потери составляют не более
Статья поступила в редакцию 14.08.2007 г. Ред. per. № 116. The article has entered in publishing office 14.08.2007. Ed. reg. No. 116.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 8(52) 2007 © 2007 Научно-технический центр «TATA»
5 %. Это связано с тем, что в данных странах есть сформировавшийся рынок топливной биомассы. Поэтому большая часть отходов в виде топливной щепы или пеллет идет на сжигание в топках котлов. Причем в последнее время идет увеличение потребления биотоплива высокой степени переработки — пеллет. В сравнении с топливной щепой пеллеты имеют ряд преимуществ. Это более высокая плотность (абсолютная и насыпная), стабильность при хранении, устойчивость к самовозгоранию, устойчивость к влаге, а также легкость транспортировки и сжигания. В настоящее время в России данное направление также усиленно развивается, однако существует две серьезные причины, по которым стоимость биотоплива из древесных отходов достаточно высока, чтобы составлять конкуренцию традиционным газу и мазуту.
Транспортные проблемы
По ряду причин современная зона освоения лесов расположена в удалении от промышленных центров, где имеется развитая инфраструктура. Транспортировка леса до мест переработки осуществляется автомобильным транспортом (87 % объема перевозок), при этом доля транспортных расходов составляет до 70 % себестоимости древесины [1]. Вследствие этого вывозка
неподготовленного биотоплива непосредственно с лесосеки в большинстве случаев оказывается экономически невыгодной.
Влажность свежесрубленной древесины составляет от 70 до 91 % [2], в случае летней просушки влажность можно снизить до 40%. Но в любом случае транспортировка этой дополнительной влаги является невыгодной. Кроме того, коэффициент полнодревесности для технологической щепы составляет 0,36 [3], другими словами, 2/3 объема перевозки щепы — это воздух. Отсюда следует вывод: перевозимое биотопливо должно иметь минимальную влажность и максимальную плотность.
Технологические проблемы
Другой проблемой является измельчение отходов лесозаготовки. Основной критерий — это фракционный состав. Так, щепа, идущая на энергетическое использование, не должна содержать частицы длиной более 100 мм, а также частицы менее 5 мм в количестве более 30 % [3]. Для измельчения применяются различные рубильные машины как импортного производства, так и российского. Однако затраты топлива на измельчение также увеличивают себестоимость самого древесного топлива. Кроме того, как было сказано выше, топливная щепа не слишком подходит для транспортирования.
Рис. 1. Принципиальная схема Fig. 1. Basic circuit
58
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8(52) 2007
© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»
IotJ
В. Н. Диденко, Д. А. Плотников
Пеллеты — древесное гранулированное топливо. Как снизить стоимость?
Рис. 2. Энергоблок Fig. 2. Power unit
Пути решения. Гранулирование биотоплива позволяет избежать многих указанных проблем, однако, существующие технологии гранулирования также имеют ряд недостатков. Во-первых, стационарное производство требует высоких транспортных расходов на перевозку сырья. Во-вторых, после выработки всего сырья в пределах экономически обоснованного радиуса действия завод должен либо демонтироваться, либо перевозиться на другое место. В-третьих, технология пелле-тирования требует потребления сторонней электроэнергии и, в некоторых случаях, природного газа, что составляет от 30 до 50 % себестоимости пеллет.
В ИжГТУ был разработан мобильный комплекс по производству пеллет, устраняющий вышеуказанные недостатки. При разработке учитывались три основных предпосылки:
1) установка должна подвозиться к местам скопления сырья. Этим примерно в три раза сокращается объем перевозок (из соотношения насыпной плотности сырья и пеллет);
2) энергоснабжение установки теплом и электричеством должно осуществляться от сжигания части перерабатываемого сырья;
3)потери тепловой энергии при эксплуатации должны быть минимальны.
Принципиальная схема установки приведена на рис. 1.
Перерабатываемое сырье (тонкомер, горбыль, порубочные остатки) подается в рубильную машину, расположенную на шасси № 1.
Полученная щепа поступает на молотковую дробилку и далее — в барабанную сушилку (шасси № 2), где подсушивается до влажности 1012 %, после чего подается в блок прессования — шасси № 5. Здесь в циклоне древесная мука отделяется от сушильного агента. Часть сырья, в количестве примерно 30 %, идет на наполнение бункера газогенератора, а основная масса подается на пресс-гранулятор, где гранулируется. Готовые гранулы, имеющие высокую температуру, попадают на транспортер-охладитель (нория), охлаждаются и после упаковываются в пакеты. Часть сырья, отбираемая после барабанной сушилки и подающаяся на газогенераторы, служит для выработки тепловой и электрической энергии. В энергоблоке (шасси № 4) происходит газификация топлива, охлаждение и очистка полученного генераторного газа, а
также его сжигание в дизель-генераторе с получением электрической энергии.
Из-за применения сырья с большим выходом смолистых веществ был применен слоевой, с обращенным процессом газификации, газогенератор. Он позволяет получать генераторный газ, не загрязненный смолистыми веществами, что невозможно получить при прямой и поперечной схемах. Чистота газа требуется для надежного питания двигателя. Полученный газ содержит две основные горючие части — окись углерода СО и водород Н2, а также балласт в виде СО2, Н2О. После газогенератора газ охлаждается в кожухотрубном теплообменнике, служащим также гравитационным осадите-лем. При этом охлаждающей средой является воздух, идущий на приготовление сушильного агента. После теплообменника газ фильтруется на сетчатых фильтрах и дымососом подается на сжигание в газовый двигатель и на горелку теплогенератора (шасси № 4).
В установке применены следующие энергосберегающие решения:
а) газ, выходящий с газогенератора, имеет температуру порядка 400 °С. Для стабильной работы газового двигателя его требуется охладить до 30 °С. Газ охлаждается в теплообменнике. При этом воздух, забравший тепло, является одним из компонентов сушильного агента;
б) охлаждение камеры сгорания теплогенератора осуществляется воздухом, проходящим через кольцевой канал вокруг камеры сгорания, при этом подогретый воздух используется как один из компонентов сушильного агента;
в) выхлоп, образующийся после газового двигателя, имеет высокую температуру и поэто-
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 8(52) 2007 © 2007 Научно-технический центр «TATA»
му применяется как один из компонентов сушильного агента.
Исходя из условия мобильности комплекса, были рассмотрены варианты технологических линий различной производительности. При этом по массовым и габаритным характеристикам наиболее подходящим оказалась производительность 1000 кг/ч (пеллет). Типовое оборудование на данную производительность возможно установить на стандартное шасси (9 х 2,5 и 6 х 2,5), что позволяет перемещать комплекс без разрешения ГИБДД. На рис. 2 показан наиболее сложный из разрабатываемых узлов комплекса — энергоблок, размещенный на шасси автомобиля «Урал».
Данная установка защищена патентной грамотой «Установка переработки биотоплива» №2006110067/22(010947) от 28.03.2006, патентообладатель — ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет», авторы В. Н. Диденко, Д. А. Плотников.
Заключение
Предлагаемая технология производства пел-лет позволит более полно использовать отходы лесопереработки в энергетических целях. По предварительным подсчетам себестоимость пел-
лет при данном методе производства будет порядка 0,69 руб/кг, с учетом затрат на транспортировку железнодорожным транспортом от уральского региона до порта Выборг.
Кроме того, растущий рынок биотоплива в России позволяет надеяться, что древесные гранулы со временем станут достойным конкурентом газу и мазуту. Их товарная ниша — негази-фицированые частные дома и котельные. При использовании пеллет не требуются большие капитальные вложения на прокладку газопроводов, а по удобству использования и степени автоматизации горения они стоят вровень с газом.
Список литературы
1.Цивенкова Н. М., Смалыгин А. А. Проблемы заготовки древесной щепы для энергетических целей // Леспроминформ. 2005. №9(31). С.64-69.
2. Пейч Н. Н., Царев Б. С. Сушка древиси-ны: Учебник для проф.-техн. училищ и подготовки рабочих на производстве. Изд. 2-е. М.: Высшая школа, 1971.
3. Головков С. И. и др. Энергетическое использование древесных отходов. М.: Лесн. пром-ть, 1987.
60
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 8(52) 2007
© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»
Iütj
